[发明专利]旋涡洁能管

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝汽器等管式热交换器用的冷凝管，因为具有自洁、抗污垢、节能的效果，亦称洁能管，用于热力发电、钢铁、石油、化工领域广泛使用的汽轮机凝汽器等管式热交换器上，属于热交换领域。

背景技术

换热管的发展经历了以光管、光通道为代表的第一代换热技术, 以平面翅片、二维粗糙元、二维筋等为代表的第二代换热技术, 以三维粗糙元、三维微肋等为代表的第三代换热技术, 在强化换热的同时强化换热管的机械强度和抗振性能的第四代换热技术，现在换热管需要的是更先进的强化换热技术或称第五代换热技术，即在达到强化换热效果的同时使换热面长期保持良好的清洁状态，即具有抗污垢的特点，并使之具有自洁功能或称免清洗维护，研究和发展第五代换热技术已成为强化换热领域的发展方向，自洁、抗污垢、节能成为第五代技术的重要特点。

汽轮机凝汽器等管式热交换器使用的换热管，除了对安全性、经济性、可靠性的要求外，还要考虑到运行维护的便利性，因此采用的换热管主要有普通光滑管、单向螺旋槽管；近年由于大型换热设备对于维护便捷性与可靠性的要求更高，无论是普通光滑管还是螺旋槽管，都有一定的适应条件，对于不同的工况，换热管的换热性能都有一定的适应条件；比如汽轮机凝汽器在低负荷或冬季运行时，由于冷却水的流量相对较小，因此管内流速偏低，管内壁容易附着污物形成污垢，这种情况对于没有配备在线胶球清洗装置的机组尤其严重，管壁污垢会极大地降低换热管换热性能，同时还会引起垢下腐蚀；所以换热管结垢后必须停机进行人工清除，既耗时费力，又影响生产；因此如何保持换热管的清洁，使其具有抗污垢、自洁特点变得头等重要。我们知道，管内壁污垢往往是由于流体与管壁之间的层流底层（也称附面层）中的杂质与管壁处于相对静止状态的情况下附着于管壁而形成的，当管内流体流速较高时，附面层就越薄，污垢就越不容易附着于管壁，即使管壁内有污垢，由于受到高速水流的冲蚀，会产生自洁作用，这得益于高速水流对附面层的破坏作用。因此消除附面层、增强流体与管壁之间的扰动，可以达到防垢、自洁除污的效果，使管子长期保持高效的换热效能。

采用螺旋槽换热管时，在低速时虽有旋流的作用，但由于螺旋凸起是连续的，不能形成对污垢产生冲蚀作用的剥离点，低速状态下的旋流对导致污物附着的层流底层（附面层）的消除也不彻底，不能解决低流速时污物附着的问题，因此螺旋槽管也不能满足我们对自洁、抗污垢效果的追求。

对于具有粗糙元特性的棘突管，如球面形凹凸换热管【96235149.0】虽然具有砂粒型粗糙元的特性，如果用在凝汽器中，粗糙元高度太高的话会大幅增加流动阻力、增加清洗的难度，粗糙元有利于清洗的高度在流速较低的情况下，附面层的厚度将足以淹没粗糙元，达不到破坏附面层的目的，因而也不能产生自洁和抗污垢效果。诸如翅片管根本无法应用于凝汽器，且制造复杂，成本高，清洁困难，流动阻力太大；采用有源强化换热的螺旋纽带虽对污垢具有清除作用，但是由于存在旋转部件，因此可靠性差，且流动阻力异常的大、维护困难、成本高，难以推广应用。

如何让凝汽器冷凝管具有高效的换热效果、同时具有抗污垢特点和良好的自洁功能呢？旋涡洁能管的发明就是为此而设计的。

发明内容

本发明旋涡洁能管将螺旋槽管的旋流扰动特性、粗糙元的涡流扰动特性和多孔表面的张力破坏特性有机地结合起来，充分利用流体的冲蚀作用，在换热管管壁人为创造有利于污垢清除的冲蚀点，并在冲蚀点形成旋转的涡流，让流体的冲蚀作用迅速由点扩展至面直至整个管壁，达到消除附面层、使换热管长期保持自洁、并对既有污垢的产生清除；旋涡洁能管通过旋流结合粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的罪魁祸首——流体与管壁之间的附面层进行有效清除，从源头防止污垢生成；具有间隙的表面凹槽具有多孔表面的特性，能有效地破坏影响凝结换热的凝结水膜，变低效的膜状凝结为高效的珠状凝结，极大地增强对流换热和凝结放热系数；管内壁凸起具有加强筋的作用，能增强换热管的机械强度和抗振性能。

旋涡洁能管特征是换热管外壁带有有间隙的螺旋凹槽，管内壁对应的部位具有有间隙的螺旋凸起；由于间隙的存在，同时还有粗糙元的特性，旋流结合粗糙元效果，使紊流能深入壁面附面层内部，彻底破坏流体与管壁之间的附面层，从源头消除导致污垢形成的先决条件，旋流在具有粗糙元特性的间断处产生强烈的冲蚀作用，由此在管壁上生成广泛的污垢冲蚀点，这种冲蚀点形成的冲蚀很容易扩展到整个壁面，从而形成对污垢的清除，产生自洁效果。旋涡洁能管除了独特的自洁效果外，还具有多孔表面的特性，对管外的凝结换热和对流换热具有显著强化作用，因此具有高效换热、自洁除垢、防垢的特点。